Thực trạng công nghệ kết nối internet bằng ánh sáng Li-Fi

14

Trong bài báo “Giải pháp đột phá mới trong công nghệ truyền thông không dây bằng ánh sáng Li-Fi (Light Fidelity)” trên tạp chí này năm 2018 chúng tôi đã giới thiệu khá chi tiết nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm và những ứng dụng của Li-Fi. Đã 10 năm trôi qua, công nghệ Li-Fi không ngừng được hoàn thiện và thêm nhiều ứng dụng. Trong bài báo này chúng tôi sẽ cập nhật thực trạng và những kết quả mới trong việc triển khai công nghệ Li-Fi.
CƠ SỞ CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG INTERNET BẰNG ÁNH SÁNG Li-Fi
Ta điều biết mạng thông tin di động toàn cầu Internet đã trải qua các thế hệ từ 2G, 3G đến 4G phổ biến hiện nay đến mạng 5G đang được triển khai. Các mạng này đều sử dụng việc kết nối bằng sóng điện từ. Việc chuyển đổi các thế hệ mạng truyền thông thực chất là tăng tần số tín hiệu từ MHz sang GHz làm tăng tốc độ và giảm thời gian kết nối. Một câu hỏi đặt ra là có thể thay thế sóng điện từ trong kết nối mạng thông tin di động đang sử dụng hiện nay bằng ánh sáng được không?. Vì ánh sáng cũng có bản chất là sóng điện từ có tần số cực cao từ 400 THz đến 780 THz (Tera = 1012), do đó thời gian kết nối Internet bằng công nghệ Li-Fi sẽ ngắn hơn kết nối bằng công nghệ Wi-Fi nhiều lần, độ tin cậy kết nối cũng cao hơn.
Năm 2011, giáo sư người Đức Harald Haas làm việc tại trường đại học Edinburgh (Scotland) đã trình bày công nghệ Li-Fi đầu tiên tại một cuộc hội thảo (hình 1) với sơ đồ hệ thống cho trên hình 2.

Hình 1. Harald Haas giới thiệu Li-Fi
Hình 2. Sơ đồ nguyên lý công nghệ Li-Fi

Phía đầu vào máy tính thông qua server truyền tín hiệu Internet đến bộ mã hóa quang (streaming content) tới đầu driver cuả đèn LED. Ánh sáng đèn LED được mã hóa nhị phân với mức 1 là đèn bật và 0 là đèn tắt. Ta biết chu kỳ bật / tắt đèn LED gần như vô hạn, cỡ nano giây mà mắt thường không nhận biết được. Tỉ lệ nhấp nháy của ánh sáng tùy thuộc vào dữ liệu mà chúng ta muốn mã hóa. Tại phía đầu thu, ánh sáng LED mã hóa được bộ giải mã gồm Photodectector tiếp theo là bộ khuếch đại và xử lý (Amplification & Processing) biến đổi tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu đầu vào PC hay smarphone.

CÁC TÍNH NĂNG CỦA Li-Fi
Các tính năng cơ bản của một hệ thống truyền thông di động băng Li-Fi cụ thể là:
Tốc độ: Nhờ truyền dẫn dữ liệu bằng ánh sáng mà Li-Fi đã đạt tới tốc độ trên 100 Gbps, có thể điều khiển thời gian thực cho hệ thống IoT.
Bảo mật: Do tín hiệu Li-Fi là ánh sáng nhìn thấy nên không thể đi xuyên qua tường. Đây là nhược điểm nhưng cũng là ưu điểm về bảo mật, vì thế nó có thể loại bỏ các mối đe dọa của dữ liệu bị hacker tấn công từ xa. Giải pháp này rất phù hợp cho các hoạt động liên quan đến bí mật nghiên cứu, quốc phòng, ngân hàng, hệ thống an ninh…
Hiệu quả năng lượng: Tiêu thụ năng lượng được giảm thiểu thông qua việc sử dụng các đèn LED, việc truyền tải dữ liệu Li-Fi đòi hỏi công suất nguồn thêm không đáng kể.
An toàn sinh học, tác động môi trường: So với sòng radio, sóng ánh sáng nhìn thấy nói chung vô hại đối với con người. Li-Fi là giải pháp thay thế cho sóng điện từ trong các môi trường nhạy cảm như bệnh viện, trung tâm y tế, trường học, một số cơ sở công nghiệp, buồng phản ứng hạt nhân…
Mật độ dữ liệu: Mỗi ánh sáng Li-Fi có thể cung cấp tốc độ tương tự hoặc lớn hơn một điểm truy cập Wi-Fi. Vì vậy trong cùng một khu vực, Li-Fi có thể cung cấp 10, 100 hoặc 1000 lần lớn hơn Wi-Fi. Mật độ dữ liệu Wi-Fi chỉ khoảng 1 Mbps cho mỗi mét vuông trong khi đó với Li-Fi có thể đạt tới nhiều Gbps trên mootj mét vuông,
Bảng so sánh giữa công nghệ Li-Fi và Wi-Fi

Hình ảnh minh họa cho hệ thống này được cho trên hình 3.

MỘT SỐ ỨNG DỤNG MỚI CỦA CÔNG NGHỆ Li-Fi
Trong 10 năm gần đây công nghệ Li –Fi đã đạt được kết quả đáng kể trong việc giảm giá thành phần cứng mà mấu chốt là giá thành chế tạo các bộ mã hóa tín hiệu internet-quang và bộ giải mã tín hiệu quang-internet. Hiện nay giá phần cứng hệ thống Li-Fi vẫn còn đắt hơn giá hệ thống Wi-Fi. Một bộ kit gồm đèn LED mã hóa tín hiệu internet-quang và đầu thu quang-tín hiệu internet đã được Luxecom thương mại hóa với giá 1600 ơrô. Hệ thống đảm bảo kết nối Internet bằng ánh sáng cho một phòng làm việc gồm nhiều máy PC có diện tích 20 mét vuông. Hình ảnh minh họa cho hệ thống này được cho trên hình 3.

Hình 3. Hệ thống Li-Fi triển khai trong thực tế

Hệ thống Li-Fi cho phép hành khách đi máy bay sử dụng thiết bị điện tử cá nhân. Các chuyến bay kéo dài nhiều giờ nhưng vì lý do an toàn không cho phép hành khách sử dụng máy PC hay smartphone làm ảnh hưởng tới hệ thống điện tử điều khiển máy bay. Tháng 9/2019 Air France đã thử nghiệm thành công hệ thống kết nối Li-Fi trên máy bay tại Salon Hàng không dân dụng tại sân bay Bourget Paris (hình 4). Hệ thông gồm đèn LED mã hóa tín hiệu internet và gửi tín hiệu ánh sáng LED đến từng đầu thu tín hiệu quang đặt trên ghế ngồi của hành khách. Hành khách có thể dễ dàng kết nối cổng này vào smartphone hay máy PC của mình. Hệ thống này giảm 60% trọng lượng cáp truyền dẫn so với công nghệ Wi-Fi.

Hình 4. Hệ thống Li-Fi trên máy bay

Hệ thống Li-Fi cho phép theo dõi từ xa ca mổ tại bệnh viện. Trong các ca mổ có sử dụng nhiều robot và các thiết bị điện tử y tế không cho phép truyền tín hiệu internet gây ảnh hưởng đến hoạt động của thiết bị điện tử y tế. Nhờ Li-Fi truyền dẫn tín hiệu bằng ánh sáng không làm ảnh hưởng tới hoạt động của thiết bị y tế có thể giám sát, tư vẫn ca mổ từ xa (hình 5). Các bác sỹ ở bệnh Stell à Rueil-Malmaison Pháp sử dụng Li-Fi để tư vấn trực tuyến dữ liệu cá nhân của bệnh nhân cho ca mổ mà không làm ảnh hưởng đến hoạt động của các máy điện tử y tế. Hệ thống này có giá 100 ơrô cho mỗi mét vuông phòng mổ.

Hình 5. Hệ thống LI-FI cho phòng mổ

Hệ thống Li-Fi cho ngân hàng. Hệ thống này cho phép quyền truy cập trực tuyến dữ liệu ngân hàng cho một số người có thẩm quyền. Để đảm bảo bí mật Ngân hàng Crédit Mutuel Arkea de Lacanau ở Gironde nước Pháp đã lắp đặt hệ thống Li-Fi chỉ cho phép một vài nhân vật có trách nhiệm có quyền truy cập.

Lê Văn Doanh -Đỗ Đức Anh
(Trung tâm R&D Rạng Đông)